39

Если нет постоянного потребителя низкопотенциальной теплоты, то выпарная установка проектируется с абсолютным давлением в последнем корпусе

0,01…0,02 МПа.

2.2 Выбор конструкции выпарного аппарата

Наибольшее распространение получили вертикальные кожухотрубные выпарные аппараты с естественной (рисунок 2.7) или принудительной (рисунок 2.8) циркуляцией раствора.

Рисунок 2.7 – Вертикальные выпарные аппараты с естественной цир-

куляцией раствора

а – с сосной циркуляционной (опускной) трубой; б – с выносной опускной трубой; в – с вынесенной греющей камерой; 1 – греющая камера; 2 – паровое пространство; 3 – опускная (циркуляционная) труба; 4 – брызгоуловитель

Для маловязких, некристаллизующихся и не пенящихся растворов широко используется аппарат с внутренней греющей камерой и с центральной (соосной) циркуляционной трубой (тип ВВ).

Для вязких и кристаллизующихся растворов также применяются выпарные аппараты с естественной циркуляцией:

а) с вынесенной зоной кипения;

40

б) с вынесенной греющей камерой; в) с вынесенной греющей камерой и вынесенной зоной кипения.

Рисунок 2.8 – Выпарные аппараты с принудительной циркуля-

цией раствора

а – с сосной греющей камерой; б – с вынесенной греющей камерой; 1

– греющая камера; 2 – паровое пространство; 3 – циркуляционная (опускная) труба; 4 – сепарирующее устройство; 5 - насос

В этих аппаратах за счет конструктивных особенностей можно достичь скоростей движения раствора в трубах порядка 2,0…2,5 м/с, в результате смываются кристаллообразования на поверхностях нагрева.

Если такой скорости не удается достичь естественной циркуляцией, то к установке принимаются аппараты с принудительной циркуляцией, создаваемой насосами. К ним относятся аппараты:

а) с соосной греющей камерой и солеотделителем; б) с соосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения;

41

в) с вынесенной греющей камерой и вынесенной зоной кипения.

Все выпарные аппараты внесены в типоразмерный ряд и классифицированы по пяти группам.

2.3 Элементы выпарных аппаратов

Основными элементами выпарного аппарата являются: греющая камера, растворное пространство, паровое пространство.

2.3.1 Греющая камера представляет собой пучок труб между двумя трубными решетками, заключенный в корпус (кожух, обечайку). Греющий пар подводится в межтрубное пространство камеры одним или двумя патрубками в верхнюю часть. При этом первые ряды труб необходимо защитить щитком (козырьком) от прямого удара, приводящего к эрозии поверхности труб.

Вывод конденсата должен обеспечивать минимальное затопление трубок в межтрубном пространстве греющей камеры. Способы отвода конденсата представлены на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – Конструктивное оформление узла для вывода кон-

денсата из греющей камеры

а – патрубок с карманом; б – гнутый патрубок; в – сверление в трубной решетке

На корпусе греющей камеры под верхней решеткой устанавливается вентиль (воздушник) для периодического отвода неконденсирующихся газов из паровой камеры.

42

Конструктивный расчет греющей камеры аналогичен расчету кожухотрубного теплообменного аппарата, работающего с изменение агрегатного состояния теплоносителей.

2.3.2 Растворное пространство включает внутренний объем труб греющей камеры и кипятильных (в случае вынесенной зоны кипения), циркуляционной трубы и объем раствора над греющей камерой.

В аппарате с соосной греющей камерой и центральной циркуляционной трубой раствор подается над верхней решеткой, а выводится из-под нижней решетки. В аппарате с выносной циркуляционной трубой раствор подается в циркуляционную трубу, а выводится до нее.

Циркуляция раствора может быть однократной (как, например, в аппаратах с восходящей пленкой для пенящихся растворов [7]) и многократной (у всех остальных аппаратов).

Кратность циркуляции (К) – отношение расхода циркулирующего раствора G к расходу выпаренной влаги W

где L - длина циркуляционного контура; ρ р - плотность раствора в цирку-

ляционной трубе; ρсм - плотность смеси (раствор - пар) в подъемных трубах.

Для установившегося режима циркуляции движущий напор уравновешен суммой гидравлических сопротивлений в опускном и подъемном каналах контура:

выше скорость циркуляции. Но с увеличением скорости расчет гидравлическое

43

сопротивление тракта. То есть каждому значению удельного теплового потока в греющую камеру q, Вт/м2, соответствует определенная скорость циркуляции.

Для принудительной циркуляции мощность привода к насосу, обеспечивающему циркуляцию раствора:

2.3.3 Паровое пространство необходимо, чтобы обеспечить чистоту и сухость вторичного пара. Унос капель жидкости, содержащей концентрируемый продукт, делает проблематичным использование вторичного пара в теплообменных аппаратах (в том числе в последующих корпусах установки).

Растворы, имеющие низкий коэффициент поверхностного натяжения σ и высокую вязкость μ, склонны к пенообразованию. Образующаяся пена заполняет паровое пространство выпарного аппарата и может выноситься с паром. Ни увеличение парового объема, ни механические препятствия (сепараторы) не дают должного эффекта. Пену можно сбивать струей воды или слабого раствора из стационарно установленной перфорированной трубки. Обычно добавка керосина или растительного масла повышает поверхностное натяжение и снижает вязкость растворов. Этим можно подавить пенообразование раствора.

Для любых растворов повышение напряжения зеркала испарения (Rs) сверх определенной величины вызывает усиление образования брызг. Нор-

Скорость вторичного пара в паровом пространстве должна быть 2…4 м/с при атмосферном давлении и 6…8 м/с при разрежении.

Высота парового пространства принимается растворов Hп =2,5...3,0 м.

44

Объем парового пространства можно определить по формуле:

где Dа - диаметр аппарата, м.

Диаметр корпуса выпарного аппарата может быть определен через напряжение зеркала испарения. Сечение аппарата

Размеры парового пространства над раствором должны обеспечивать достаточное отделение вторичного пара от капелек раствора. Однако даже при номинальных условиях работы выпарного аппарата не достигается полного уст-